CN109253816A - 一种环网柜电气接点测温传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环网柜电气接点测温传感器，包括两端开口的金属外壳，金属外壳内嵌入有中部镂空的PCB板、PCB板内表面和外表面分别设置有第一导电层和第二导电层，PCB板上设置有测温芯片、微处理器、通讯模块和供电模块，测温芯片信号输出端与微处理器信号处理输入端电信号连接，通讯模块输入端与微处理器信号处理输出端通信连接，供电模块包括分压电路和整流稳压电路，分压电路包括分压器件，分压器件正极与第一导电层电连接，负极与第二导电层电连接，整流稳压电路输入端与分压器件并联，输出端与微处理器、测温芯片和通讯模块形成闭合电回路。本发明能够收集电气接点处的电能，实现测温传感器的自取电。
Description
技术领域
本发明涉及高压电气接点测温技术领域，尤其涉及一种环网柜电气接点测温传感器。
背景技术
环网柜(Ring Main Unit)是一组输配电气设备(高压开关设备)装在金属或非金属绝缘柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，其核心部分采用负荷开关和熔断器，因此也称为高压开关柜。环网柜结构简单，运行可靠且安全，维修量很小，运行费用低，比起装有断路器的开关柜，优势很突出，被广泛应用于城市住宅小区、高层建筑、大型公共建筑、工厂企业等负荷中心的配电站以及箱式变电站中。
环网柜上通常安装有T型电缆接头，T型电缆接头作为电气接点，主要用以在绝缘、密封的条件下连接环网柜的高压母线与外部电缆支线。T型电缆接头内设置有导电杆和连接螺杆，导电杆与连接螺杆中部固定连接形成T型的电气接点，导电杆和连接螺杆均由导电材料制成。电流通过此电气接点进行传输时，在高压电流作用下，导电杆和连接螺杆极易发热，因此在T型电缆接头内的电气接点处容易产生局部高温，需要实时进行温度的测量和监控，防止其温度过高而损坏电缆接头，引发安全事故。
目前电气设备接点温度的测量技术有以下两种：人工测量和有线检测，人工测量带有很大的危险性，因为这些被检测的设备都是高压，不易接触的，很容易造成对测量人员的伤害，并且人工检测不能实时操作,检测温度精度低；有线检测即检测温度的传感器与主机是有线连接。这种方式加大了工程师的现场布线难度，测量的灵敏性低，且高低压隔离不彻底，抗干扰性差。为了克服上述两种测温技术存在的缺点，无线测温技术应运而生。
无线测温主要是通过无线温度传感器的单片微处理器控制，将被测设备温度由温度传感器转换成数字信号，再通过无线发射接收模块传递至处理终端，实时显示监测点的温度变化，具有体积小、安装简便、无需布线、检测结果及时准确等优点。然而，目前无线测温技术，大部分的测温产品的电源均采用电池或CT取电模式。电池的使用存在一个使用寿命的问题，使用一段时间以后电池耗尽就需要更换电池，而且电池的漏液和爆炸都会造成安全隐患。而CT取电存在体积大、安装不便的问题，并且在超强磁场中会产生振动和发热，对电力设备产生严重的危害。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种环网柜电气接点测温传感器，该无线测温传感器可以收集电气接点处的电能，收集的电能用以给无线测温传感器的工作提供电量，无需使用外部电源供电，节能环保，可消除电源问题带来的局限性，缩小传感器的体积，提高传感器的工作稳定性，拓宽传感器的环境适应性。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种环网柜电气接点测温传感器，包括两端开口的金属外壳，所述金属外壳内嵌入有PCB板、所述PCB板中部镂空，所述PCB板内表面和外表面分别设置有第一导电层和第二导电层，所述PCB板上设置有测温芯片、微处理器、通讯模块和供电模块，所述测温芯片信号输出端与微处理器信号处理输入端电信号连接，所述通讯模块输入端与微处理器信号处理输出端通信连接，所述供电模块包括分压电路和整流稳压电路，所述分压电路包括分压器件，所述分压器件正极与第一导电层电连接，负极与第二导电层电连接，所述整流稳压电路输入端与分压器件并联，输出端与微处理器、测温芯片和通讯模块形成闭合电回路。
PCB板中部镂空后，其可套入T型电缆接头的连接螺杆上，由于环网柜的高压母线与连接螺杆相连，连接螺杆上将携带高电势，将PCB板连同金属外壳套接在连接螺杆上后，连接螺杆与PCB板内表面的第一导电层接触，并将其携带的高电势传递给第一导电层，而金属外壳将作为电场中的低电势，此低电势传递给第二导电层，因此第一导电层和第二导电层之间形成电势差，即PCB板内表面与外表面形成电压，此电压传递给分压器件，整流稳压电路便可以通过分压器件获取交变电场的能量，并将此能量通过整流和稳压作用转换成用于给微处理器、测温芯片和通讯模块的工作提供电能的直流电。
进一步，所述整流稳压电路包括整流二极管、过压保护电路、滤波电容和稳压保护电路，所述整流二极管的正极与分压器件的正极电连接，负极接入微处理器、测温芯片和通讯模块的闭合电回路中，所述过压保护电路与分压器件并联，所述滤波电容正极与整流二极管的负极电连接，滤波电容负极与分压器件的负极电连接，所述稳压保护电路与滤波电容并联。
整流二极管将接收到的交流电转化为直流电，过压保护电路防止线路中的电压过高而损坏后续电路，滤波电容滤除电路中的杂波，提高电流质量，稳压保护电路确保整流稳压电路输出的电压稳定，不会过高使微处理器、测温芯片和通讯模块等烧坏。
进一步，所述整流稳压电路和微处理器之间还串接有控制电路，所述控制电路包括电压检测芯片、储能电容和第一开关管，所述储能电容与滤波电容并联，所述电压检测芯片与滤波电容并联，所述第一开关管的被控端连接电压检测芯片的控制端，第一开关管的输入端与储能电容的正极电连接，第一开关管的输出端接入微处理器、测温芯片和通讯模块的闭合电回路中。
在供电模块无法获取足够电能的情况下，先将收集到的电能存储在储能电容中，足够进行一次通讯以后再对微处理器、测温芯片和通讯模块供电。控制电路能在储能电容能量收集未满时，控制第一开关管将系统供电电源与后级电路完全切断，能量收集满以后接通电路供电，使能量收集工作在更高效的状态。
进一步，所述通讯模块包括信号调制器和发射天线，所述发射天线与信号调制器输出端通信连接，所述信号调制器输入端与微处理器信号处理输出端通信连接，所述金属外壳与发射天线相对的一侧开设有发射缺口，所述发射缺口处嵌入有塑料支架。
信号调制器用于将电信号转换成无线电波，发射天线用于将无线电波发射出去，而金属材质的外壳会阻挡、屏蔽无线电波的发射，因此为了使发射天线能够顺利将无线电波高效发射出去，在金属外壳与发射天线相对的一侧开设一发射缺口；在发射缺口处嵌入一塑料支架，该塑料支架既可对发射天线进行保护，避免发射天线裸露在外而容易受到损坏，又不会阻碍发射天线发射无线电波。
进一步，所述PCB板上方放置有与PCB板形状相匹配的环形盖板，所述环形盖板上远离发射天线的区域开设有灌胶孔。
环形盖板用于密封、保护PCB板，在环形盖板上开设灌胶孔，将金属外壳、PCB板、塑料支架、环形盖板组装好后，便可以通过灌胶孔向PCB板上部空腔内灌入灌封胶，从而将PCB板、塑料支架等零件固定、封装在金属外壳内，形成一个完整的测温传感器，并且灌胶后，金属外壳内部零件的放置、连接方式无法观察出来，有利于对测温传感器这一产品进行保护，防止他人剽窃技术。
进一步，所述PCB板上还设置有PIN针，所述PIN针上端连接在环形盖板上，所述PIN针高电势一端与分压器件正极电连接，低电势一端与分压器件负极电连接。
PIN针的一个作用是将PCB板和环形盖板稳固连接在一起，另一个作用是边接PCB板和环形盖板内圆表面的高电位，形成电势差，并将此电势差传递给分压器件，获取电能。
进一步，所述塑料支架两端均设置有挡板，所述发射天线放置在塑料支架与挡板形成的空腔内。
设置的挡板用于隔离发射天线和灌胶，防止灌胶后，发射天线淹没在灌胶中而影响无线电波的高效发射。
进一步，所述环形盖板上端贴有与环形盖板形状相匹配的绝缘弹性贴片。
在将封装好后的自取电无线测温传感器套接在导电头上时，绝缘弹性贴片可缓冲测温传感器与导电头之间的挤压力，对测温传感器具有保护作用。
本发明的有益效果：本发明可以收集电气接点处的电能，收集的电能用以给无线测温传感器的工作提供电量，无需使用外部电源供电，节能环保，可消除电源问题带来的局限性，缩小传感器的体积，提高传感器的工作稳定性，拓宽传感器的环境适应性，只要有高压交变电场的部位就能获取传感器所需之能量。收集电能时，利用金属外壳和PIN针进行双重取电，具有高效的能量收集能力，可以工作在小温差、无振动环境下。
附图说明
图1是本发明一种环网柜电气接点测温传感器的组装示意图；
图2是本发明一种环网柜电气接点测温传感器的爆炸示意图；
图3是图2中PCB板的结构示意图；
图4是本发明一种环网柜电气接点测温传感器装配在电缆接头上的结构示意图；
图5是本发明一种环网柜电气接点测温传感器自取电的电路原理图；
其中，测温传感器1、金属外壳11、发射缺口111、绝缘弹性贴片12、塑料支架13、挡板131、PCB板14、PIN针141、发射天线142、测温芯片143、第一导电层144、第二导电层145、环氧树脂灌封胶块15、环形盖板16、灌胶孔161、电缆接头2、导电杆21、连接螺杆22、螺母23。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：
如图1-图3所示，本发明的一种环网柜电气接点测温传感器，包括两端开口的金属外壳11，本实施例中金属外壳11为铝壳，金属外壳11内嵌入有PCB板14、PCB板14中部镂空形成环形结构，PCB板14内圆表面和外圆表面分别设置有第一导电层144和第二导电层145，第一导电层144和第二导电层145均为镀在PCB内圆表面和外圆表面的锡层，PCB板14上焊接集成有测温芯片143、微处理器、通讯模块和供电模块，其中，测温芯片143焊接在PCB板14内圆边缘，以便能够与待测导体(连接螺杆22)接触，从而准确检测待测导体的温度，通讯模块包括信号调制器和发射天线142，信号调制器用于将电信号转换成无线电波，发射天线142用于将无线电波发射出去，本实施例中发射天线142为弹簧天线，弹簧天线具有体积小、高增益、发射效果好等优点。测温芯片143信号输出端与微处理器信号处理输入端电信号连接，信号调制器输入端与微处理器信号处理输出端通信连接,信号调制器输出端与发射天线142通信连接。
如图5所示，供电模块包括分压电路和整流稳压电路，分压电路包括分压器件，分压器件可为电阻、电容、电感中的任意一种或若干种的组合，本实施例中分压器件为一个电容和一个电阻，电容和电阻串联，分压器件正极与第一导电层144电连接，负极与第二导电层145电连接。
整流稳压电路包括整流二极管D1、过压保护电路、滤波电容C1和稳压保护电路，整流二极管D1的正极与分压器件的正极电连接，负极接入微处理器、测温芯片143和通讯模块的闭合电回路中，过压保护电路与分压器件并联，滤波电容C1正极连接整流二极管D1的负极，滤波电容C1负极连接分压器件的负极，过压保护电路由两个负极相连的二极管D2和D3组成，稳压保护电路与滤波电容C1并联，稳压保护电路采用DC-DC电路。
整流稳压电路和微处理器之间还串接有控制电路，控制电路包括电压检测芯片、储能电容C2和第一开关管T，储能电容C2与滤波电容C1并联，电压检测芯片与滤波电容C1并联，第一开关管T的被控端连接电压检测芯片的控制端，第一开关管T的输入端连接储能电容C2的正极，第一开关管T的输出端接入微处理器、测温芯片143和通讯模块的闭合电回路中，微处理器通过SPI通讯总线将要发送的数据传递给通讯模块。
整流二极管D1将接收到的交流电转化为直流电，过压保护电路防止线路中的电压过高而损坏后续电路，滤波电容C1滤除电路中的杂波，提高电流质量；稳压保护电路确保整流稳压电路输出的电压稳定，不会过高使微处理器等烧坏。
在供电模块无法获取足够电能的情况下，先将收集到的电能存储在储能电容C2中，足够进行一次通讯后再对微处理器和通讯模块供电；控制电路能在储能电容C2能量收集未满时，控制第一开关管T将系统供电电源与后级电路完全切断，能量收集满以后接通电路供电，使能量收集工作在更高效的状态。
金属外壳11与发射天线142相对的一侧开设有发射缺口111，发射缺口111处嵌入有塑料支架13，本实施例中塑料支架13为尼龙支架；PCB板14上方放置有与PCB板14形状相匹配的环形盖板16，环形盖板16也可为集成电路板，且其内圆表面和外圆表面均镀有锡层，PCB板14上还嵌入有两根PIN针141，PIN针141上端嵌入在环形盖板16上，从而将PCB板14和环形盖板16稳固连接在一起，PIN针141高电势一端与分压器件正极电连接，低电势一端与分压器件负极电连接。
环形盖板16上远离发射天线142的区域开设有两个灌胶孔161，向两个灌胶孔161中注射环氧树脂灌封胶，PCB板14上方与金属外壳组成的空腔内会形成环氧树脂灌封胶块15；为了防止注射的环氧树脂灌封胶将发射天线142淹没，影响其发射无线信号，塑料支架13两端还一体成型有挡板131，而发射天线142放置在塑料支架13与挡板131形成的空腔内，由此在环形盖板16和挡板131的配合下，环氧树脂灌封胶块15形成不淹没发射天线142的半圆环形结构。
为了对测温传感器1进行保护，环形盖板16上端还贴有形状与环形盖板16匹配的绝缘弹性贴片12，绝缘弹性贴片12为环形结构，本实施例中绝缘弹性贴片12为EVA贴片。
使用时，将金属外壳11、PCB板14、塑料支架13、环形盖板16等零件按相应位置组装好，然后通过灌胶孔161向PCB板14上部空腔内灌入环氧树脂灌封胶，从而将PCB板14、塑料支架13等零件固定、封装在金属外壳11内，形成一个完成的测温传感器1。测温传感器1封装好后，将其套接在电缆接头2内的连接螺杆22上，如图4所示，本实施例中电缆接头2为T型电缆接头，电缆接头2内设有一连接螺杆22和尾部带螺纹孔的导电杆21，导电杆21通过其螺纹孔螺纹套接在连接螺杆22中部位置处，连接螺杆22上还螺接有一螺母23，该螺母23用于对导电杆21进行紧固，导电杆21、连接螺杆22和螺母23均由金属材料制成，如此导电杆21和连接螺杆22连接便形成了电气接点，测量此电气接点的温度时，将测温传感器1套接在连接螺杆22上螺接有螺母23的那一端，套接好后，测温传感器1的金属外壳11将螺母23包裹在其内，测温传感器1内的第一导电层144与连接螺杆22接触，如此，第一导电层144带有连接螺杆22的高电势，而测温传感器1的金属外壳11为零电势，使得第二导电层145为零电势，第一导电层144和第二导电层145之间具有电压，此电压可传递给分压器件；另外，PIN针141可边接PCB板14和环形盖板16内圆表面的高电位，因此PIN针141两端也能形成电势差，此电势差也可传递给分压器件，如此，整流稳压电路便可以通过分压器件获取交变电场的能量，并将此能量通过整流和稳压作用转换成用于给微处理器、测温芯片143和通讯模块的工作提供电能的直流电，如此，便可以在不提供外来电源的情况下，保证微处理器、测温芯片143和通讯模块的正常稳定工作，实现对电气接点的实时高效测温和对其温度的监控。另外，测温芯片143与连接螺杆22直接接触，从而通过测定连接螺杆22的温度来测量和监控电气接点处的温度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (8)
1.一种环网柜电气接点测温传感器，其特征在于：包括两端开口的金属外壳，所述金属外壳内嵌入有PCB板、所述PCB板中部镂空，所述PCB板内表面和外表面分别设置有第一导电层和第二导电层，所述PCB板上设置有测温芯片、微处理器、通讯模块和供电模块，所述测温芯片信号输出端与微处理器信号处理输入端电信号连接，所述通讯模块输入端与微处理器信号处理输出端通信连接，所述供电模块包括分压电路和整流稳压电路，所述分压电路包括分压器件，所述分压器件正极与第一导电层电连接，负极与第二导电层电连接，所述整流稳压电路输入端与分压器件并联，输出端与微处理器、测温芯片和通讯模块形成闭合电回路。
2.根据权利要求1所述的一种环网柜电气接点测温传感器，其特征在于：所述整流稳压电路包括整流二极管、过压保护电路、滤波电容和稳压保护电路，所述整流二极管的正极与分压器件的正极电连接，负极接入微处理器、测温芯片和通讯模块的闭合电回路中，所述过压保护电路与分压器件并联，所述滤波电容正极与整流二极管的负极电连接，滤波电容负极与分压器件的负极电连接，所述稳压保护电路与滤波电容并联。
3.根据权利要求2所述的一种环网柜电气接点测温传感器，其特征在于：所述整流稳压电路和微处理器之间还串接有控制电路，所述控制电路包括电压检测芯片、储能电容和第一开关管，所述储能电容与滤波电容并联，所述电压检测芯片与滤波电容并联，所述第一开关管的被控端连接电压检测芯片的控制端，第一开关管的输入端与储能电容的正极电连接，第一开关管的输出端接入微处理器、测温芯片和通讯模块的闭合电回路中。
4.根据权利要求1所述的一种环网柜电气接点测温传感器，其特征在于：所述通讯模块包括信号调制器和发射天线，所述发射天线与信号调制器输出端通信连接，所述信号调制器输入端与微处理器信号处理输出端通信连接，所述金属外壳与发射天线相对的一侧开设有发射缺口，所述发射缺口处嵌入有塑料支架。
5.根据权利要求4所述的一种环网柜电气接点测温传感器，其特征在于：所述PCB板上方放置有与PCB板形状相匹配的环形盖板，所述环形盖板上远离发射天线的区域开设有灌胶孔。
6.根据权利要求5所述的一种环网柜电气接点测温传感器，其特征在于：所述PCB板上还设置有PIN针，所述PIN针上端连接在环形盖板上，所述PIN针高电势一端与分压器件正极电连接，低电势一端与分压器件负极电连接。
7.根据权利要求6所述的一种环网柜电气接点测温传感器，其特征在于：所述塑料支架两端均设置有挡板，所述发射天线放置在塑料支架与挡板形成的空腔内。
8.根据权利要求7所述的一种环网柜电气接点测温传感器，其特征在于：所述环形盖板上端贴有与环形盖板形状相匹配的绝缘弹性贴片。
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